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基于直接滑动率分配的横摆稳定性控制策略研究

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机械工程学报 2015年第16期51卷 41-49页

作者：林程徐志峰王文伟曹万科北京理工大学电动车辆国家工程实验室北京100081

横摆稳定性是车辆主动安全研究的重要内容,在分布式驱动电动汽车上,利用车轮驱动/制动力矩可独立、精确调节的优势,能进一步提高横摆控制的效果。提出一种基于直接滑动率分配的横摆稳定性控制策略,控制策略分为上、下两层,上层为主动横... 详细信息

横摆稳定性是车辆主动安全研究的重要内容,在分布式驱动电动汽车上,利用车轮驱动/制动力矩可独立、精确调节的优势,能进一步提高横摆控制的效果。提出一种基于直接滑动率分配的横摆稳定性控制策略,控制策略分为上、下两层,上层为主动横摆力矩决策层,下层为车轮滑动率分配与控制层。为提高鲁棒性,在上层中采用滑模控制进行主动横摆力矩决策,并引入条件积分来消除滑模面附近的抖动和提高横摆角速度的跟踪精度,采用李雅普诺夫判定法证明算法的收敛性。在控制策略下层,基于魔术轮胎公式建立主动横摆力矩与车轮滑动率的关系式并计算出滑动率的控制边界值。应用Carsim与Matlab/Simulink联合仿真平台,进行所提出的横摆稳定性控制策略与Carsim/ESC的仿真对比。结果表明,引入条件积分的滑模控制能够在消除抖动的同时减小横摆角速度的跟踪误差,所提横摆稳定性控制策略能够提高车辆循迹能力,降低轮胎侧偏角并减小横摆控制过程中的车速下降幅度。

关键词：分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制滑模条件积分控制直接滑动率分配

后驱全电独立驱动-制动电动车横摆稳定性控制

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西安交通大学学报 2019年第1期53卷 44-51页

作者：杨坤解来卿王杰谭迪张学义刘吉顺山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255000 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 阿尔特汽车技术股份有限公司北京100076

考虑基于传统液压制动的横摆稳定性控制(YSC)应用于全电独立驱动-制动电动车受到的限制和电子机械制动(EMB)应用于电动车的优势,提出了基于全电耦合制动和遗传PID算法的YSC控制方案,基于Matlab/Simulink搭建了仿真平台,通过阶跃路转向... 详细信息

考虑基于传统液压制动的横摆稳定性控制(YSC)应用于全电独立驱动-制动电动车受到的限制和电子机械制动(EMB)应用于电动车的优势,提出了基于全电耦合制动和遗传PID算法的YSC控制方案,基于Matlab/Simulink搭建了仿真平台,通过阶跃路转向工况进行了验证。仿真结果表明:无YSC控制时,整车会因横摆角速度过大而失稳;有YSC控制时,整车横摆角速度被控制在目标值附近,整车未失稳。在控制过程中,EMB工作时间减少3.93s,占总工作时间的88.9%;最大制动力矩需求可减小495N·m,占总制动力矩的67.6%,这为优化EMB提供了途径。另外,控制过程中除减少了EMB能耗外,后左和后右轮毂电机系统可回收能量31.25kJ,节能效果显著。此项研究可为优化EMB制动和进一步减少电动车整车能耗提供新思路。

关键词：独立驱动-制动电动车电子机械制动横摆稳定性控制全电耦合制动

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基于广义预测控制的汽车横摆稳定性控制

农业机械学报 2012年第1期43卷 1-5,36页

作者：杨建森李飞丁海涛郭孔辉郝宝青吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025 中国汽车技术研究中心天津300162 泛亚汽车技术中心有限公司上海201201

汽车在紧急避障操纵时容易丧失稳定性,通过四轮差动制动的方式对汽车施加附加横摆力矩可以实现汽车的横摆稳定性控制。由于汽车动力学模型的非线性以及参数和环境的不确定性,使用最优控制方法决策的附加横摆力矩在实际中往往无法保持最... 详细信息

汽车在紧急避障操纵时容易丧失稳定性,通过四轮差动制动的方式对汽车施加附加横摆力矩可以实现汽车的横摆稳定性控制。由于汽车动力学模型的非线性以及参数和环境的不确定性,使用最优控制方法决策的附加横摆力矩在实际中往往无法保持最优。由此提出广义预测控制(GPC)方法决策附加横摆力矩。建立了七自由度非线性车辆模型作为预测模型,并通过实车试验对其精度进行了验证。通过Simulink/Carsim环境中的虚拟试验对GPC方法的控制效果进行了验证,结果表明GPC方法比LQR方法能更有效地提高汽车的主动安全性。

关键词：汽车主动安全横摆稳定性控制广义预测控制

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基于主动制动的半挂汽车列车横摆稳定性控制

汽车工程 2011年第11期33卷 955-961页

作者：杨秀建杨春曦张弦屈瑞昆明理工大学交通工程学院云南省内燃机重点实验室昆明650224 昆明理工大学化学工程学院昆明650224

为研究半挂汽车列车在高速大转向等极限操作工况下的横摆稳定性控制问题,建立了14自由度的半挂汽车列车非线性仿真模型;提出了牵引车与半挂车独立直接横摆力矩控制的横摆稳定性控制方案,通过牵引车和半挂车车轮的合理选择和主动制动实... 详细信息

为研究半挂汽车列车在高速大转向等极限操作工况下的横摆稳定性控制问题,建立了14自由度的半挂汽车列车非线性仿真模型;提出了牵引车与半挂车独立直接横摆力矩控制的横摆稳定性控制方案,通过牵引车和半挂车车轮的合理选择和主动制动实现横摆控制;以跟踪参考模型的稳态横摆响应为目标,设计了PI横摆稳定性控制器,对牵引车和半挂车分别设计了目标制动车轮的选择决策规则。单移线操作仿真结果表明,基于主动制动的横摆力矩控制可有效改善极限工况下半挂汽车列车的横摆稳定性,牵引车与半挂车进行独立横摆控制可以减小制动车轮选择决策的复杂性,而获得较好的控制效果。

关键词：半挂汽车列车横摆稳定性控制主动制动

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面向横摆稳定性控制的理想车辆参考模型研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2020年第10期34卷 17-24页

作者：刘平孙磊杨明亮袁方西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心成都610031

针对车辆横摆稳定性控制算法中理想参考模型的合理性及准确性进行研究。分析了2自由度车辆模型作为理想参考模型时的适用工况及其局限性。建立了考虑纵向速度的扩展3自由度车辆参考模型,弱化转向盘转角在极限工况下对模型计算结果的影响... 详细信息

针对车辆横摆稳定性控制算法中理想参考模型的合理性及准确性进行研究。分析了2自由度车辆模型作为理想参考模型时的适用工况及其局限性。建立了考虑纵向速度的扩展3自由度车辆参考模型,弱化转向盘转角在极限工况下对模型计算结果的影响,并验证其在极限工况下可以较合理地对车辆横摆运动进行描述。将2种模型分别应用到横摆稳定性控制算法中,并参考国外FMVSS136标准设定试验工况,在Simulink/TruckSim联合仿真环境下分别对其控制效果进行试验对比。结果显示,以2自由度模型作为参考模型时,在低速小转向工况下整车控制效果较好,以扩展3自由度模型作为参考模型时,在高速大转向等极限工况下整车控制效果较好。

关键词：横摆稳定性控制车辆参考模型 2自由度车辆模型 3自由度车辆模型联合仿真

四轮独立转向无人运货车的横摆稳定性控制研究

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四轮独立转向无人运货车的横摆稳定性控制研究

作者：黄安震河北工业大学

学位级别：硕士

货物运载工具被广泛应用于工业生产、运输以及仓储环节,对货物运输效率产生直接影响。随着我国工业化和信息化融合发展,货物运载工具智能化成为当前研究的热点。现如今我国工厂车间、物流仓库中采用的货物运载工具普遍存在体型笨重、不... 详细信息

货物运载工具被广泛应用于工业生产、运输以及仓储环节,对货物运输效率产生直接影响。随着我国工业化和信息化融合发展,货物运载工具智能化成为当前研究的热点。现如今我国工厂车间、物流仓库中采用的货物运载工具普遍存在体型笨重、不易操作等缺点,无法适应复杂的场地环境,严重降低了货物运输效率。所以设计一种灵活性高、机动性强、稳定性好的智能运载工具是十分必要的。为此,本文以独立转向无人运货车为研究对象展开研究。本文首先建立了两个不同的无人运货车模型:线性二自由度模型、七自由度车辆动力学模型。线性二自由度模型用于横摆稳定性控制系统的参考模型设计,七自由度车辆动力学模型用于控制算法验证。并在此基础上搭建了无人运货车的仿真模型。其次,研究了无人运货车的特殊转向系统,由于无人运货车的四个车轮可以进行独立转向、独立驱动,所以该车能够根据实际需要实现多种运动模式。分析的运动模式包括四轮阿克曼转向、斜向行驶、原地转向、制动模式。对可以实现的各种运动模式分别进行运动学建模,全面分析在每种运动模式下前、后轮转向角以及速度之间的关系。再次,分析了影响无人运货车转向时稳定性的因素,针对橫摆角速度和转矩分配问题设计分层控制系统。上层控制器负责反馈无人运货车的实时状态,针对超扭曲算法收敛速度慢的缺点,设计了基于改进超扭曲算法的控制器,保证橫摆角速度稳定跟随理想值,计算出能够保持整车稳定的附加横摆力矩。在下层控制器中提出了一种改进的万有引力搜索算法(IGSA),分析现有的智能优化算法,结合无人运货车的特点,对万有引力搜索算法的引力系数与速度更新方法进行改进,以路面附着系数最低为目标进行转矩最优分配。经过测试函数验证IGSA算法的优越性,上层控制器与下层控制器联合搭建了整个分层控制系统,实验表明所设计的横摆稳定性控制系统可以有效提高无人运货车转向时的稳定性。最后,基于独立转向无人运货车仿真模型搭建了实验平台,对无人运货车系统的硬件进行选型,编写控制器应用程序,并设计人机交互界面,建立了完整的无人运货车横摆稳定性控制系统。最后在无人运货车样车上进行实验,验证了各种运动模式和系统稳定性。

关键词：四轮独立转向横摆稳定性控制多运动模式超扭曲算法万有引力搜索算法

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四轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制研究

四轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制研究

作者：陶小松长安大学

学位级别：硕士

轮毂电机驱动电动汽车,因其较高的能源利用率、更灵活的底盘主动控制以及更快的控制响应等技术优势,成为众多汽车生产企业和科研机构的研究方向。其驱动形式与传统内燃机汽车截然不同,不适合全部利用传统的主动安全系统,所以需进行针对... 详细信息

轮毂电机驱动电动汽车,因其较高的能源利用率、更灵活的底盘主动控制以及更快的控制响应等技术优势,成为众多汽车生产企业和科研机构的研究方向。其驱动形式与传统内燃机汽车截然不同,不适合全部利用传统的主动安全系统,所以需进行针对性地开发主动安全系统。目前,在四轮毂电机驱动电动汽车的主动安全系统研究中,大部分研究者仅进行了理论研究,较少研究者进行了试验研究。横摆稳定性控制系统作为车辆最主要的主动安全技术之一,对于提高其横摆稳定性具有重要意义。本文以课题组一款小型四轮毂电机驱动电动试验车为研究对象,对其横摆稳定性控制系统进行了研究。主要研究了汽车运动状态估计算法、修正横摆力矩决策算法、修正横摆力矩分配算法,并进行了仿真和实车试验验证。首先,为了准确地估计汽车的运动状态,基于七自由度汽车动力学模型和Dugoff非线性轮胎模型,提出了一种非线性观测器,对横纵向速度以及横摆角速度进行了联合估计;其次,基于二自由度参考车辆模型与估计的汽车运动状态参数值,利用滑模控制算法设计了修正横摆力矩决策器;然后,在考虑路面附着、轮毂电机转矩等约束下,设计了基于平均分配和载荷比例分配方法的修正横摆力矩分配器。最后在Simulink中搭建了所设计的横摆稳定性控制系统的仿真模型进行仿真验证;基于Woodward公司提供的Moto Hawk系列软件开发平台—D2P（From Development to Production）快速原型开发平台进行了实车的试验设计,然后将控制算法导入到D2P快速原型开发平台,生成软件代码,并将软件刷写到D2P控制器硬件里,完成了限定条件下的实车试验。仿真结果表明:本文提出的汽车状态估计算法精度高,且能适应于不同运行工况;设计的横摆稳定性控制策略响应速度最大可提高3%,纵向速度最大提高了3.75%,方向盘转角最多减少了31.93%,显著地提高了车辆的横摆稳定性能。实车试验结果表明:本文设计的横摆稳定性控制系统响应速度最大可提高2.12%,同时提升了车辆的动力性能,最大提升了4.75%,明显地提高了车辆的横摆稳定性能。

关键词：横摆稳定性控制轮毂电机 D2P快速原型开发平台汽车状态估计非线性观测器 Dugoff轮胎模型

四轮独立驱动电动汽车状态参数观测及横摆稳定性控制

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四轮独立驱动电动汽车状态参数观测及横摆稳定性控制

作者：王睿西安科技大学

学位级别：硕士

车辆横摆稳定性控制是电动车辆主动安全性的一个重要组成部分。实时而准确地获取电动汽车行驶过程中的状态变量是实现车辆底盘横摆稳定性控制的关键。四轮独立驱动电动汽车具有高传动效率,轮毂电机响应快速精确等多方面优势,可实现各轮... 详细信息

车辆横摆稳定性控制是电动车辆主动安全性的一个重要组成部分。实时而准确地获取电动汽车行驶过程中的状态变量是实现车辆底盘横摆稳定性控制的关键。四轮独立驱动电动汽车具有高传动效率,轮毂电机响应快速精确等多方面优势,可实现各轮扭矩的独立控制和快速响应,容易产生所需横摆力矩,以实现车辆横摆稳定性控制。以四轮独立驱动电动汽车为研究对象,研究了侧向稳定性动力学系统的状态参数非线性估计和横摆稳定性控制策略,主要研究内容如下:（1）将无迹卡尔曼滤波算法应用于车辆状态参数观测系统,并引入车辆非线性动力学模型。利用四轮独立驱动电动汽车车载传感器采集的数据,设计状态参数估计器。利用Carsim/Simulink进行仿真验证,结果表明在不同的工况下,状态参数估计器能够有效估计所需状态变量,具有较高观测精度。（2）采用模型预测控制算法分析车辆横摆动力学系统运动稳定性。利用Carsim/Simulink建立整车动力学模型和单轨车辆参考模型,求解车辆行驶时的期望横摆角速度和质心侧偏角以保持车辆行驶稳定性。基于模型预测控制算法设计控制器,通过改变驱动转矩,获得附加横摆力矩,实现对车辆横摆角速度和质心侧偏角的控制。仿真实验验证模型预测控制算法能保证车辆行驶的稳定性。（3）利用dSPACE搭建实验平台,对所提出算法的可行性进行实验验证。方向盘阶跃输入和正弦输入试验用于验证车辆状态参数估计算法。实验结果表明:所提出的状态参数观测算法可提高四轮独立驱动电动汽车车辆状态参数观测精度和鲁棒性。

关键词：四轮独立驱动电动汽车参数估计模型预测控制横摆稳定性控制 dSPACE

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商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略研究

商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略研究

作者：王欣志吉林大学

学位级别：硕士

随着我国交通运输行业的蓬勃发展,商用车保有量呈逐年递增的趋势,由商用车引发的重大交通事故也频频发生。因此,如何保障商用车的行车安全已成为目前商用车行业亟待解决的重要问题。为提高商用车在自动驾驶条件下进行紧急避障的行驶安全... 详细信息

随着我国交通运输行业的蓬勃发展,商用车保有量呈逐年递增的趋势,由商用车引发的重大交通事故也频频发生。因此,如何保障商用车的行车安全已成为目前商用车行业亟待解决的重要问题。为提高商用车在自动驾驶条件下进行紧急避障的行驶安全性,本文对商用车基于差动制动的自动紧急避障横摆稳定性控制问题展开研究。本文主要研究内容包括:商用车整车动力学模型、电子制动系统仿真模型、避障轨迹规划算法、轨迹跟踪控制策略以及差动制动横摆稳定性控制策略,在典型工况下对商用车电子制动系统执行机构控制策略、轨迹跟踪控制策略以及差动制动横摆稳定性控制策略进行仿真验证和分析。本文具体研究内容如下:第一,国内外研究现状。围绕本文选题,分析研究背景与意义,对轨迹规划算法、轨迹跟踪控制策略、横摆稳定性控制策略的国内外研究现状进行综述,明确本文研究内容。第二,建立商用车动力学模型及电子制动系统模型。首先,建立商用车八自由度整车动力学模型及基于魔术公式的轮胎模型用于后文横摆稳定性控制策略的设计,并对所搭建仿真模型的准确性进行验证;其次,基于魔术公式对轮胎侧偏刚度及纵向刚度估计问题进行研究,并用于后文轨迹跟踪控制策略的设计;最后,基于课题组现有研究成果,对商用车电子制动系统构型方案、工作原理与特性进行分析和总结,并在AMESim平台搭建其仿真模型用于后续控制策略的仿真验证。第三,设计自动驾驶避障轨迹规划算法和轨迹跟踪控制策略。首先,考虑避障轨迹的边界条件约束和横向稳定性约束,基于五次多项式曲线对避障轨迹规划算法进行设计,并对轨迹规划结果进行仿真分析;然后,基于模型预测控制算法对轨迹跟踪控制策略进行设计,主要包括车辆动力学模型简化、非线性模型线性化、连续模型离散化、预测模型的建立、目标函数与约束条件的确立以及计算求解。第四,设计基于差动制动的紧急避障横摆稳定性控制策略。首先,对紧急避障横摆稳定性控制策略总体架构进行设计;其次,对车辆横摆稳定性控制策略进行设计,主要包括车辆横摆稳定性判据设计、基于容积卡尔曼滤波算法的车辆状态估计器设计、横摆稳定性模糊PID控制器设计、差动制动策略及制动力矩分配策略设计;最后,基于逻辑门限值控制对商用车电子制动系统执行机构控制策略进行设计。第五,对商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略进行仿真验证。首先基于Truck Sim、Matlab/Simulink、AMESim软件搭建商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略联合仿真平台;其次,在典型工况下对商用车电子制动系统执行机构控制策略、轨迹跟踪控制策略以及差动制动横摆稳定性控制策略进行仿真验证和分析;仿真结果表明:1)基于逻辑门限值控制的电子制动系统执行机构控制策略能够将实际制动压力的超调量控制在0.04MPa以内;2)基于模型预测控制的轨迹跟踪控制策略在未经横摆稳定性控制时的轨迹跟踪横向位移误差较大,其峰值达到38cm,但是经过横摆稳定性控制后,轨迹跟踪横向位移误差得到明显减小,且能够将其控制在21cm以内;3)基于模糊PID控制的横摆稳定性控制策略在不同工况下能够使车辆的横摆角速度减小46%～57%,质心侧偏角减小60%～73%,显著提高了车辆的横摆稳定性,此外,还能够在高附着路面工况下对车身侧倾起到一定的抑制作用。由此可知,本文所设计的横摆稳定性控制策略不仅能够有效地提高车辆的横摆稳定性,还能够极大程度地改善车辆对期望轨迹的跟踪性能。最后,对全文进行归纳总结,对研究过程中其他有待深入挖掘的问题进行研究展望。

关键词：车辆工程轨迹规划跟踪控制横摆稳定性控制联合仿真